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农村污染水体生态修复技术

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  农村水环境指分布在广大农村的河流、湖泊、溪流、池塘、水库等地表水、土壤水和地下水的总称叭随着当前农村水环境的不断恶化,农村生活废水不经处理随意排放的问题也日益凸显。目前,我国农村生活废水年均排放量估计在80亿~90亿吨左右,且还在增加,与此相反的是全国大约96%的村庄没有排水渠道和废水处理系统,生活废水肆意排放。

  大量富含N、P的农村生活废水未经处理直接排放到水体中,造成水体的富营养化严重,使水体中藻类过度繁殖,形成严重“水华”,水质恶化,严重影响广大农村地区居民身体健康;因此控制并且修复农村水环境的污染问题已经成为一项刻不容缓的任务。

  一、农村生活废水水质特征

  我国农村地区人口分布广而且分散,生活废水水质水量波动性大,排水管网很不健全,村镇经济力量薄弱,缺乏废水处理专业人员。农村生活废水的主要来源是厕所冲洗水、厨余水、洗衣排水、淋浴排水等,其水质水量随各地的自然条件、生活水平和生活习惯差异很大。生活废水所含的主要污染物质是纤维素、糖类、脂类和蛋白质以及N、P,可生化性好。

  二、农村生活废水的收集

  由于农村地区所具有的人口密度低且分布分散的特点,客观造成生活废水排放面广,城市生活废水单一的集中收集模式并不适合农村,农村生活废水收集系统的建设必须要根据各地农村的实际情况合理选择。我国南北方地理地形差异明显,北方总体来说地势平坦,而南方多属丘陵地带。在北方平坦且人口较集中的农村地区,可将农村生活废水集中收集。而在南方山区人口密度小时,由于地势高低不平,采用重力流集中收集生活废水在动力学方面有很大局限性,可以考虑每户或邻近几户单独配备小型一体化废水处理设施,进行生活废水的收集处理。郊区农村,在周边有市政废水管道通过时也可以使用市政废水管道统一收集。考虑到气候方面的影响,在北方雨量稀少的地区可实行雨污合流制,南方降雨量较大的地方可采用分流制。在生态敏感区,为了保证生态敏感区发挥正常的功能,重点收集敏感地域产生的全部废水。

  目前我国大部分的废水收集系统均采用重力流排水,由于重力流排水系统需要铺设呈一定的坡度,如果距离太长,在地势平坦的地区势必会造成管道埋深过大,使工程量加大。在南方水系发达地区更是需要频繁的增设倒虹管,增大施工难度,且容易导致管道污泥淤积,管理困难。使得这一系统的建设和运行在人口密度小、地势平坦或者南方水系发达的地区存在着诸多困难。针对这一问题,国内已有一些新的收集技术投入使用,主要包括无需管道形成坡度且不会导致淤积的真空排水系统、压力排水系统。

  三、农村生活废水的处理技术

  目前,我国农村生活废水处理工艺比较多,归纳起来可以分为两大类:生物处理技术、生态处理技术。

  3.1 生物处理技术

  生物处理技术根据污泥的生长状态可以分为活性污泥法和生物膜法。其中活性污泥法一般适用于大型废水处理,虽然工艺成熟,但存在运行成本高、耐冲击负荷能力不强、管理复杂以及污泥膨胀的问题,因此不适合用于农村生活废水的处理,但水解酸化池可用来对农村生活废水进行预处理,提高生活废水的可生化性,并减小后续处理工艺的处理负荷。相比而言,生物膜法运行费用低、管理简单、抗冲击负荷能力强,具有很高的处理效率。表1归纳了生物处理工艺的概况。

  目前,我国对上述这几种工艺在生活废水处理方面都有研究,且处理效果良好。黄学平利用生物接触氧化工艺处理生活废水,出水可达、废水综合排放标准》(GB8978—1996)一级标准。曝气生物滤池用于生活废水处理时,不仅能取得较好的BOD去除效果,在进行适当工艺改进后还能取得良好的脱氮效果,目前已有的前置反硝化BAF就是此类改进后的工艺。塔式生物滤池作为一种超高负荷的膜生物处理工艺,其具有的良好特性使其在国外被广泛地用于城市废水的处理,当前一种生物滤池的改进型即蚯蚓生物滤池受到越来越多研究者的重视。从生态学角度来看,食物链越长,能量在食物链上传递时消耗得就更多。在厌氧膜生物处理工艺方面,沈东升等采用内充空心球状填料的折流式反应器处理农村生活废水时,出水水质稳定达到国家二级排放标准。



  3.2 生态处理技术

  废水生态处理技术主要包括三类工艺:人工湿地、土地处理、稳定塘。人工湿地是对天然湿地的模拟,利用系统中植物、基质、微生物间的协同作用降解污染物。废水土地处理是指利用农田、林地等土壤-微生物-植物构成的陆地生态系统对污染物进行综合净化处理生态工艺,包括慢速渗滤系统、快速渗滤系统、地表漫流系统、地下渗滤系统。稳定塘又称氧化塘,是经过人工适当修整后设围堤和防渗层的废水池塘。表2归纳了以上三种工艺的技术概况。



  裴亮等采用潜流人工湿地对农村生活废水进行处理,结果显示COD、BOD5、NH3-N、TN和TP的平均去除率分别达到87.4%、83.5%、63.8%、57.9%和90.1%在开发适宜农村一农户区域生活废水的处理技术方面,俞建军等开发了植物滤器,这种相当于人工湿地技术的变形,也是利用水生植物和微生物的联合作用达到降解污染物的目的,已有的研究结果表明植物滤器的处理效果显著。土地处理以及稳定塘处理方式处理效率不高,效果不稳定,而人工湿地不仅处理效果较好,适应性强,维护简单,并且具有一定的美学价值,因此人工湿地是我国农村生活废水处理技术的主要发展方向。

  3.3 组合工艺

  目前国内采用的处理工艺多是生物和生态组合处理工艺,因为已有的研究和运用经验表明,组合工艺的运行稳定性更高,更易获得持续高效的处理效率。刘婧[等将生物接触氧化与人工湿地工艺相结合对农村生活废水进行处理,对COD、BOD5、NH4+-N、TP和SS的平均去除率分别为85.9%、92.8%、80.1%、83.6%和91.0%。王鑫等采用生物接触氧化/地下渗滤工艺处理校园生活废水,使出水水质满足景观环境用水标准。赵大传等采用升流式厌氧生物滤池与温室型人工湿地组合处理农村生活废水,结果表明升流式厌氧滤池的最佳水力停留时间(HRT)为12h,COD的平均去除率为56%,在冬春季节时,温室型人工湿地的最佳HRT为3d,组合工艺对COD、BOD5、NH3-N、TP、SS的去除率分别达到了75%、84%、63%、46%、93%,除TP外其余指标均达到国家一级B标准。由于组合工艺运行稳定和高效,组合工艺应用应是农村生活废水处理的趋势。

  四、污染水体的生态修复

  由于大量富含氮磷的生活废水直接排入农村周边水体造成水体严重富营养化,池塘或河道淤塞,鱼类难以存活,造成水体生态平衡被严重破坏。修复受污染水环境应包括截断受纳水体外源性污染物的进入,同时对已污染的水体进行内源性污染物质的去除。对受污染水体的生态修复主要是从水体疏浚清淤和水体调活两个方面进行。水体的疏浚清淤目前使用较多的是水力冲挖清淤工艺和抓斗式挖泥船清淤疏浚工艺。但是水体疏浚总体来说成本较高,并且疏浚主要是针对水体底泥的治理措施,这一方法对水体中悬浮性的污染物质并不能取得较好的处理效果。

  水体的调活方法主要有两大类,一是使用物化技术,比如使用药剂去除水体中的氮、磷,并且杀死水体中的有害藻类。由于这种方法容易造成二次污染,已很少使用。另一种方法是生态修复技术,比如生物栅、人工浮岛等。生态修复技术因其低成本、高效益,且不会造成二次污染的特点,受到了环保业内工作者越来越多的重视。杨清海购等使用生物栅在不进行人工曝气时,处理受污景观水体,使水体中有机污染物和N、P都取得了较好的处理效果。李秀艳等研究泥鍬在生物栅中的作用时,发现由于泥鍬的上下游动使得生物栅复氧速率增大,大大提高了生物栅的处理效率。待水体调活完成后,再向水体中投放鱼类和水生生物,完成生物链的重建和生态修复。与生物栅一样,人工浮岛技术也是采用水生植物和植物根际微生物的协同作用吸收去除水体中营养物质,达到治理水体富营养化的目的。目前人工浮岛技术已应用于北京永定河引渠罗道庄河道、杭州南应加河道、上海华漕杨树湾河道、无锡五里湖工程、上海七宝宝华小区河道、上海青浦区府前河道、巢湖湖水、合肥环城河水、苏州重污染河道、太湖五里湖示范区等,效果显著国内已有的研究显示,金鱼藻、黑藻等沉水植物是治理水体富营养化的可行选择。沉水植物是水体复氧的重要来源,在富营养化水体中接种适合的沉水植物对水体中的藻类形成竞争,吸收水体中营养物质同时释放氧气,能够有效平衡水体生态环境。

  四、结语

  农村水污染治理作为当前我国环境整治的新热点,获得了一大批处理技术研究成果,但农村水环境的治理是一个系统工程,应从各个方面来统筹考虑。通过对农村废水处理问题的长期跟踪调查发现:农村废水处理工作必须与村民的思想方法和文化素质相结合,在加强宣传节约用水的同时,各地相关部门应该尽快制定出适合各地农村生活废水处理的技术标准或指导。既要认识到当前农村水环境污染的严峻事实,也要考虑各地农村的经济、技术以及地理气候等实际情况,选择适合的农村生活废水收集、处理工艺。当前我国农村水环境修复工艺选择的原则就是:高效、低耗、低投资、操作简单、运行稳定。(来源:浙江省机电设计研究院有限公司)



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